复合地源热泵在油田边零井中的应用

摘要：油田边零井中的原油储存在储油罐中,需要加热才能输出,地源热泵加热系统较燃油、燃气锅炉和电加热系统,具有安全,节能,环保的特点,但是单独地源热泵系统地下地埋管只取热不放热,为了克服这个缺点,提出了太阳能辅助地源热泵系统,通过运用trnsys软件模拟,证明此系统用于油田边零井是可行的,值得推广的。
　　我国有众多的油田边零井地处偏远地区，没有输油管线将油输送出去，只能先将原油存储在油罐中。储油罐输出原油时需要先加热，原油中含有大量的石蜡_1]，含量在23.7 一56.42 ，石蜡的凝固点一般为42℃ 一51℃ ，沥青质、胶质含量在2.83 一17.74 。结蜡深度大。油井平均出油温度在34℃ 。所以高架储油罐需要加热并使油温保持在52℃以上，才能使原油不致凝固并能够顺畅的导人运油车内。传统的燃油燃气锅炉加热，消耗大量化石，污染环境，这种不可再生能源终究会被替代。电加热，不仅耗电量大，运行费用高，而且电加热棒易损坏，维修困难。同时，电加热棒的使用也存在许多安全隐患，当储油罐中液位低时，油罐空间内充满了混合性可燃气体，易燃易爆，此时加温极易造成爆炸，国内也发生过多起此类事故。本文选用太阳能辅助地源热泵对油罐进行加热，利用可再生地热能，可以起到节能，环保，安全的作用。
　　1 系统原理简介
　　地源热泵系统可分为地下水式、地表水式、地埋管式三种形式。本文选用的是地埋管式土壤源热泵系统进行分析。它以水为介质在地埋管中流动，实现系统与土壤之间的换热，再将热量输送至热泵机组把低品位的地热能转变为可以利用的高品位热能，然后再以水为介质通过换热器与油罐内的原油进行换热。在北方，用于普通建筑的地源热泵，由于冬季热负荷和夏季冷负荷相当，既全年总热负荷等于总冷负荷，所以地埋管对土壤放热量与吸热量相抵消，稳定土壤温度场，系统可以持续、稳定、有效的运行。但是利用地源热泵加热油罐，系统长期处于加热状态，地埋管只对土壤吸热而不放热，土壤温度就会持续下降，蒸发器进出口温度下降，导致系统性能系数的降低，当蒸发器出口温度持续下降直至低于O~C，则有可能出现冻土现象，破坏系统。有的压缩机有自我保护功能，就会出现频繁启停现象，无法正常运行。所以地源热泵单独运行加热油罐是不可行的，本文考虑用太阳能作为辅助热源与地源热泵联合运行加热油罐，在系统不运行时将太阳能储存到土壤中，平衡土壤温度场，保证系统长期稳定的运行。
　　太阳能联合地源热泵系统如图1所示，系统由热泵机组、地埋管换热器、太阳能系统、末端热交换器、油罐组成。
　　当热泵工作加热油罐时，阀门1、2、3、4、7、8打开，阀门5、6关闭，蒸发器出水先经过地埋管换热器，再经过太阳能换热器，然后流回蒸发器，地下埋管换热器与太阳能换热器串联工作加热冷水;冷凝器出水经过油罐换热器，加热原油。
　　白天热泵不工作时，阀门5、6打开，阀门1、2、3、4、7、8关闭，太阳能系统与地埋管形成回路，水被太阳能系统加热后流人地埋管换热器对土壤进行蓄热，然后在流回太阳能系统继续加热。周而复始起到加热土壤，恢复土壤温度场作用。